วิธีการคำนวณเครื่องกำเนิดลม: สูตร + ตัวอย่างการคำนวณเชิงปฏิบัติ

พลังงานทดแทนที่ได้รับจากโรงไฟฟ้าพลังงานลมเป็นที่สนใจของสังคมเป็นอย่างมากมีหลักฐานมากมายเกี่ยวกับเรื่องนี้ในระดับการปฏิบัติจริงในชีวิตประจำวัน

เจ้าของทรัพย์สินในชนบทสร้างกังหันลมด้วยมือของตนเองและพอใจกับผลลัพธ์แม้ว่าผลกระทบจะเกิดขึ้นได้ในระยะสั้นก็ตาม สาเหตุก็คือเครื่องกำเนิดลมไม่ได้คำนวณอย่างถูกต้องระหว่างการประกอบ

เห็นด้วย ฉันไม่ต้องการใช้เวลาและเงินในการดำเนินโครงการและจบลงด้วยการติดตั้งที่ไม่มีประสิทธิภาพ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจวิธีคำนวณเครื่องกำเนิดลมและพารามิเตอร์ใดในการเลือกส่วนประกอบการทำงานหลักของกังหันลม

บทความนี้มีไว้เพื่อตอบคำถามเหล่านี้ ส่วนทางทฤษฎีของวัสดุเสริมด้วยตัวอย่างประกอบและคำแนะนำเชิงปฏิบัติสำหรับการประกอบเครื่องกำเนิดลม

การคำนวณกังหันลม

จะเริ่มคำนวณระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมได้ที่ไหน? เมื่อพิจารณาว่าเรากำลังพูดถึงเครื่องกำเนิดลม การวิเคราะห์เบื้องต้นของลมที่เพิ่มขึ้นในพื้นที่เฉพาะจึงดูสมเหตุสมผล

พารามิเตอร์การคำนวณ เช่น ความเร็วลม และทิศทางลักษณะเฉพาะสำหรับอาณาเขตที่กำหนด ถือเป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ ในระดับหนึ่ง พวกเขากำหนดระดับของพลังงานกังหันลมที่จะบรรลุได้จริง

เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงเครื่องกำเนิดพลังงานลมที่มีพลังงานดังกล่าว แต่การออกแบบดังกล่าวก็มีอยู่จริงและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างไรก็ตาม การคำนวณโครงสร้างดังกล่าวแสดงพลังงานค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับแหล่งพลังงานแบบเดิม

สิ่งที่น่าสังเกตคือกระบวนการนี้มีลักษณะเป็นระยะยาว (อย่างน้อย 1 เดือน) ซึ่งค่อนข้างชัดเจน เป็นไปไม่ได้ที่จะคำนวณพารามิเตอร์ที่เป็นไปได้สูงสุดของความเร็วลมและทิศทางที่พบบ่อยที่สุดด้วยการวัดหนึ่งหรือสองครั้ง

จะต้องมีการวัดหลายสิบครั้ง อย่างไรก็ตาม การดำเนินการนี้จำเป็นจริงๆ หากมีความปรารถนาที่จะสร้างระบบการผลิตที่มีประสิทธิภาพ

วิธีการคำนวณกำลังของกังหันลม

กังหันลมสำหรับใช้ในบ้านโดยเฉพาะที่ทำด้วยมือไม่เคยทำให้ผู้คนประหลาดใจกับพลังงานสูงเลย นี่เป็นสิ่งที่เข้าใจได้ เราต้องจินตนาการถึงเสากระโดงขนาดใหญ่สูง 8-10 ม. ซึ่งติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีระยะใบพัดมากกว่า 3 ม. และนี่ไม่ใช่การติดตั้งที่ทรงพลังที่สุด ประมาณ 2 กิโลวัตต์

เพื่อให้บริการกังหันลมที่มีกำลังนี้ มีการใช้เฮลิคอปเตอร์และทีมงานผู้เชี่ยวชาญจำนวนมากถึงสิบคน ในการคำนวณโรงไฟฟ้าดังกล่าว ต้องใช้นักแสดงจำนวนมากขึ้น

โดยทั่วไป หากคุณใช้ตารางมาตรฐานที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างกำลังของเครื่องกำเนิดลมและช่วงใบพัดที่ต้องการ ก็ยังมีเรื่องที่น่าประหลาดใจอยู่ ตามตาราง กังหันลม 10 วัตต์ต้องใช้ใบพัดยาว 2 เมตร

การออกแบบ 500 วัตต์จะต้องใช้ใบพัดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 14 ม. นอกจากนี้พารามิเตอร์ช่วงใบมีดยังขึ้นอยู่กับจำนวนอีกด้วย ยิ่งมีใบมีดมาก ระยะฟันก็จะเล็กลง

แต่นี่เป็นเพียงทฤษฎีที่กำหนดโดยความเร็วลมไม่เกิน 4 เมตรต่อวินาทีในทางปฏิบัติทุกอย่างค่อนข้างแตกต่างกันและพลังของการติดตั้งในครัวเรือนที่ใช้งานจริงมาเป็นเวลานานไม่เกิน 500 วัตต์

ดังนั้นการเลือกใช้ไฟฟ้าที่นี่มักจะจำกัดอยู่ที่ 250-500 วัตต์ โดยมีความเร็วลมเฉลี่ย 6-8 เมตร/วินาที

ตารางแสดงการพึ่งพากำลังของระบบพลังงานลมกับเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเตอร์และจำนวนใบพัด ตารางนี้สามารถใช้สำหรับการคำนวณ แต่ต้องคำนึงถึงการรวบรวมพารามิเตอร์ความเร็วลมสูงสุด 4 เมตร/วินาที (+)

จากตำแหน่งทางทฤษฎี กำลังของโรงไฟฟ้าพลังงานลมคำนวณโดยใช้สูตร:

N=พี*ส*วี³/2,

ที่ไหน:

• พี – ความหนาแน่นของมวลอากาศ
• ส – พื้นที่เป่าทั้งหมดของใบพัด
• วี - ความเร็วการไหลของอากาศ
• เอ็น – พลังการไหลของอากาศ

เนื่องจาก N เป็นพารามิเตอร์ที่ส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อกำลังของเครื่องกำเนิดลม กำลังไฟฟ้าจริงของการติดตั้งจะใกล้เคียงกับค่าที่คำนวณได้ของ N

การคำนวณใบพัดกังหันลม

เมื่อสร้างกังหันลม มักใช้ใบพัดสองประเภท:

• มีปีก - การหมุนในระนาบแนวนอน
• โรเตอร์ Savonius, โรเตอร์ Darrieus - การหมุนในระนาบแนวตั้ง

การออกแบบสกรูที่มีการหมุนในระนาบใดๆ สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

Z=ล*ก/60/โวลต์

ที่ไหน:

• ซี – ระดับความเร็ว (ความเร็วต่ำ) ของใบพัด
• ล – ขนาดของความยาวของวงกลมที่ใบมีดอธิบาย
• ว – ความเร็ว (ความถี่) ของการหมุนของใบพัด
• วี – ความเร็วการไหลของอากาศ

จากสูตรนี้ คุณสามารถคำนวณจำนวนรอบการหมุน W - ความเร็วในการหมุนได้อย่างง่ายดาย

นี่คือลักษณะการออกแบบของสกรูที่เรียกว่า "Darieu Rotor" ใบพัดรุ่นนี้ถือว่ามีประสิทธิภาพในการผลิตเครื่องกำเนิดลมที่มีกำลังและขนาดน้อยการคำนวณสกรูมีคุณสมบัติบางประการ

และความสัมพันธ์ในการทำงานระหว่างการปฏิวัติกับความเร็วลมสามารถดูได้จากตารางที่มีอยู่บนอินเทอร์เน็ต ตัวอย่างเช่น สำหรับใบพัดที่มีสองใบพัดและ Z=5 ความสัมพันธ์ต่อไปนี้ใช้ได้:

นอกจากนี้ หนึ่งในตัวชี้วัดที่สำคัญของใบพัดกังหันลมก็คือระดับเสียง

พารามิเตอร์นี้สามารถกำหนดได้โดยใช้สูตร:

H=2πR* ตาล α,

ที่ไหน:

• 2π – ค่าคงที่ (2*3.14)
• ร – รัศมีที่อธิบายโดยใบมีด
• สีแทน α – มุมหน้าตัด

ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเลือกรูปร่างและจำนวนใบมีด รวมถึงคำแนะนำในการผลิตมีอยู่ใน บทความนี้.

การเลือกใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับกังหันลม

ด้วยค่าที่คำนวณได้ของจำนวนรอบการหมุนของสกรู (W) ซึ่งได้มาโดยใช้วิธีที่อธิบายไว้ข้างต้น คุณสามารถเลือก (ผลิต) เครื่องกำเนิดที่เหมาะสมได้แล้ว

ตัวอย่างเช่น ด้วยระดับความเร็ว Z=5 จำนวนใบมีดเท่ากับ 2 และความเร็ว 330 รอบต่อนาที ด้วยความเร็วลม 8 เมตร/วินาที กำลังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าควรอยู่ที่ประมาณ 300 วัตต์

ภาพตัดขวางของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโรงไฟฟ้าพลังงานลม ตัวอย่างสาธิตการออกแบบที่เป็นไปได้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าระบบพลังงานลมสำหรับบ้าน โดยประกอบแยกกัน

เมื่อพิจารณาจากพารามิเตอร์เหล่านี้ ตัวเลือกที่เหมาะสมในฐานะเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานลมในประเทศอาจเป็นมอเตอร์ที่ใช้ในการออกแบบจักรยานไฟฟ้าสมัยใหม่ ชื่อดั้งเดิมของชิ้นส่วนคือมอเตอร์จักรยาน (ผลิตในจีน)

นี่คือลักษณะของมอเตอร์จักรยานไฟฟ้าโดยเสนอให้สร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับกังหันลมที่บ้าน การออกแบบมอเตอร์จักรยานเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานโดยไม่ต้องคำนวณหรือดัดแปลงใดๆ อย่างไรก็ตามพลังของพวกเขายังต่ำ

ลักษณะของมอเตอร์จักรยานไฟฟ้ามีประมาณดังนี้

คุณลักษณะเชิงบวกของมอเตอร์จักรยานคือไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงเลย ได้รับการออกแบบโครงสร้างให้เป็นมอเตอร์ไฟฟ้าความเร็วต่ำ และสามารถนำมาใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานลมได้สำเร็จ

คุณสามารถสร้างกังหันลมได้ ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ารถยนต์ หรือรวบรวม หน่วยเครื่องซักผ้า.

การคำนวณและการเลือกตัวควบคุมการชาร์จ

จำเป็นต้องมีตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานลมทุกประเภท รวมถึงการออกแบบภายในประเทศด้วย

การคำนวณอุปกรณ์นี้ขึ้นอยู่กับการเลือกวงจรไฟฟ้าของอุปกรณ์ซึ่งจะสอดคล้องกับพารามิเตอร์การออกแบบของระบบลม

ในบรรดาพารามิเตอร์เหล่านี้ พารามิเตอร์หลักคือ:

• แรงดันไฟฟ้าสูงสุดและพิกัดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• กำลังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้
• กระแสการชาร์จแบตเตอรี่สูงสุดที่เป็นไปได้
• แรงดันแบตเตอรี่
• อุณหภูมิโดยรอบ;
• ระดับความชื้นโดยรอบ

ตามพารามิเตอร์ที่นำเสนอ ชุดควบคุมการชาร์จ ทำเองหรือเลือกอุปกรณ์สำเร็จรูป

เครื่องควบคุมการชาร์จสำหรับแบตเตอรี่ที่ใช้เป็นส่วนหนึ่งของโรงไฟฟ้าพลังงานลม อุปกรณ์ที่ผลิตทางอุตสาหกรรมเมื่อเลือกอุปกรณ์ที่คุณต้องการเพียงศึกษาคุณลักษณะทางเทคนิคอย่างรอบคอบเพื่อการประสานงานที่แม่นยำกับระบบที่มีอยู่

แน่นอนว่าขอแนะนำให้เลือก (หรือประกอบ) อุปกรณ์ที่มีวงจรช่วยให้สตาร์ทได้ง่ายในสภาวะที่มีการไหลของอากาศอ่อน ยินดีต้อนรับคอนโทรลเลอร์ที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานกับแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกัน (12, 24, 48 โวลต์)

ในที่สุดเมื่อคำนวณ (เลือก) วงจรคอนโทรลเลอร์ขอแนะนำว่าอย่าลืมว่ามีฟังก์ชั่นเช่นการควบคุมอินเวอร์เตอร์

การเลือกแบตเตอรี่สำหรับระบบ

ในทางปฏิบัติมีการใช้แบตเตอรี่หลายประเภทและเกือบทั้งหมดก็ค่อนข้างเหมาะสมที่จะใช้เป็นส่วนหนึ่งของระบบพลังงานลม แต่จะต้องเลือกเฉพาะในกรณีใด ๆ ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของระบบกังหันลม แบตเตอรี่จะถูกเลือกตามแรงดันไฟฟ้า ความจุ และสภาวะการชาร์จ

ส่วนประกอบดั้งเดิมสำหรับกังหันลมที่บ้านคือแบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบคลาสสิก พวกเขาแสดงผลลัพธ์ที่ดีในทางปฏิบัตินอกจากนี้ราคาของแบตเตอรี่ประเภทนี้ยังสมเหตุสมผลมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ประเภทอื่น

แบตเตอรี่กรดตะกั่วนั้นไม่โอ้อวดอย่างยิ่งต่อสภาวะการชาร์จ/คายประจุ แต่การรวมไว้ในระบบที่ไม่มีตัวควบคุมนั้นเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้

หากการติดตั้งกังหันลมมีตัวควบคุมการชาร์จที่ออกแบบอย่างมืออาชีพพร้อมระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ การใช้แบตเตอรี่ AGM หรือฮีเลียมก็ดูสมเหตุสมผล

ชุดแบตเตอรี่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานลมที่บ้าน ไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งาน เนื่องจากความวุ่นวายของสายไฟและข้อกำหนดในการจัดเก็บ ในสถานะอุปกรณ์กักเก็บพลังงานนี้ ไม่มีใครสามารถไว้วางใจการทำงานในระยะยาวได้

อุปกรณ์กักเก็บพลังงานทั้งสองประเภทมีลักษณะเฉพาะคือประสิทธิภาพที่สูงกว่าและอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า แต่มีความต้องการเงื่อนไขการชาร์จสูง

เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ชนิดฮีเลียมหุ้มเกราะที่เรียกว่า แต่การเลือกแบตเตอรี่เหล่านี้สำหรับกังหันลมในครัวเรือนนั้นถูกจำกัดด้วยราคาอย่างมาก อย่างไรก็ตามอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ราคาแพงเหล่านี้ยาวนานที่สุดเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ ทั้งหมด

แบตเตอรี่เหล่านี้มีรอบการชาร์จ/คายประจุนานกว่าด้วย แต่เฉพาะในกรณีที่ใช้เครื่องชาร์จคุณภาพสูงเท่านั้น

การคำนวณอินเวอร์เตอร์สำหรับกังหันลมที่บ้าน

ควรสังเกตทันที: หากการออกแบบกังหันลมในบ้านมีแบตเตอรี่ขนาด 12 โวลต์หนึ่งก้อนก็ไม่มีประโยชน์ที่จะติดตั้งอินเวอร์เตอร์บนระบบดังกล่าว

โดยเฉลี่ยแล้ว การใช้พลังงานในครัวเรือนจะอยู่ที่อย่างน้อย 4 kW ที่โหลดสูงสุดดังนั้นข้อสรุป: จำนวนแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้สำหรับพลังงานดังกล่าวควรมีอย่างน้อย 10 ชิ้นและควรมีแรงดันไฟฟ้า 24 โวลต์ สำหรับแบตเตอรี่จำนวนดังกล่าว ควรติดตั้งอินเวอร์เตอร์

อย่างไรก็ตาม เพื่อที่จะจ่ายพลังงานให้กับแบตเตอรี่ 10 ก้อนที่มีแรงดันไฟฟ้า 24 วัตต์ต่อก้อนและรักษาประจุได้อย่างเสถียร จำเป็นต้องใช้กังหันลมที่มีกำลังอย่างน้อย 2-3 กิโลวัตต์ เห็นได้ชัดว่าโครงสร้างบ้านที่เรียบง่ายไม่สามารถรับมือกับพลังงานดังกล่าวได้

อินเวอร์เตอร์กำลังต่ำ (600 W) ซึ่งใช้สำหรับติดตั้งไฟบ้านขนาดเล็กได้ คุณสามารถจ่ายไฟให้กับทีวีหรือตู้เย็นขนาดเล็กจากอุปกรณ์ดังกล่าวที่มีแรงดันไฟฟ้า 220 โวลต์ กระแสไฟในโคมระย้าไม่เพียงพออีกต่อไป

อย่างไรก็ตาม คุณสามารถคำนวณกำลังของอินเวอร์เตอร์ได้ดังนี้:

1. รวมพลังของผู้บริโภคทั้งหมด
2. กำหนดเวลาการบริโภค
3. กำหนดภาระสูงสุด

ในตัวอย่างเฉพาะจะมีลักษณะเช่นนี้

ให้มีเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนเป็นภาระ: โคมไฟส่องสว่าง - 3 ชิ้น ตัวละ 40 W เครื่องรับโทรทัศน์ - 120 W ตู้เย็นขนาดกะทัดรัด 200 W. เราสรุปกำลัง: 3*40+120+200 และเราได้รับ 440 W ที่เอาต์พุต

มากำหนดกำลังของผู้บริโภคในช่วงเวลาเฉลี่ย 4 ชั่วโมง: 440*4=1760 W. จากค่าพลังงานที่ได้รับตลอดระยะเวลาการใช้งาน ดูเหมือนว่าสมเหตุสมผลที่จะเลือกอินเวอร์เตอร์จากอุปกรณ์ดังกล่าวที่มีกำลังเอาต์พุต 2 kW ขึ้นไป

จากค่านี้ คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของอุปกรณ์ที่ต้องการจะถูกคำนวณ: 2000*0.6=1200 V/A

รูปแบบคลาสสิกสำหรับการสร้างและกระจายพลังงานที่ได้รับจากเครื่องกำเนิดลมในครัวเรือน อย่างไรก็ตาม เพื่อให้พลังงานระยะยาวแก่อุปกรณ์จำนวนมาก จำเป็นต้องมีการติดตั้งที่มีประสิทธิภาพเพียงพอ (+)

ในความเป็นจริงภาระในครัวเรือนของครอบครัวสามคนซึ่งมีเครื่องใช้ในครัวเรือนครบครันจะสูงกว่าที่คำนวณไว้ในตัวอย่าง โดยทั่วไปแล้ว เวลาเชื่อมต่อโหลดจะเกิน 4 ชั่วโมงที่กำหนดด้วย ดังนั้นอินเวอร์เตอร์ระบบพลังงานลมจึงจำเป็นต้องมีอินเวอร์เตอร์ที่ทรงพลังกว่านี้

การคำนวณเบื้องต้นของกังหันลมมีประโยชน์ไม่เพียงแต่สำหรับการประกอบเองเท่านั้น นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องกำหนดพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดเมื่อใด การเลือกเครื่องกำเนิดลมสำเร็จรูป.

บทสรุปและวิดีโอที่เป็นประโยชน์ในหัวข้อ

วิธีวิเคราะห์ข้อมูลต้นฉบับและวิธีการนำสูตรไปใช้ในวิดีโอ:

จำเป็นต้องใช้ข้อมูลที่คำนวณไว้ทุกกรณี ไม่ว่าจะเป็นโรงไฟฟ้าอุตสาหกรรมหรือที่ผลิตเพื่อใช้ในบ้าน การคำนวณแต่ละหน่วยจะช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพสูงสุดของอุปกรณ์เสมอ และที่สำคัญที่สุดคือความปลอดภัยในการปฏิบัติงาน

การคำนวณเบื้องต้นจะกำหนดความเป็นไปได้ในการดำเนินโครงการและช่วยพิจารณาว่าโครงการมีค่าใช้จ่ายหรือประหยัดเพียงใด

คุณมีประสบการณ์ในการแก้ปัญหาที่คล้ายกันหรือไม่? หรือยังมีคำถามในหัวข้อ? กรุณาแบ่งปันทักษะการคำนวณและการออกแบบกังหันลมของคุณ คุณสามารถแสดงความคิดเห็นและถามคำถามในแบบฟอร์มด้านล่าง